کتاب کلید تیتانیوم و آلیاژهای آن ( راهنمای کامل استانداردهای آمریکایی) اثر معطوفی نشر دانش بنیاد

سخن مولف      

 اهدایی

این کتاب را به خوانندگان ارزشمند آن تقدیم می¬کنم.

فلز پرشهرت تیتانیوم بسیار پرنقش است. ازاین روی،

مصرف کنندگان و علاقمندان بسیار ویژه ای نیز دارد.

بنابراین، این کتاب و پژوهشهای آن را، به خوانندگان

  گرامی و نیز متخصصین مرتبط آن تقدیم می¬کنم.

   ف معطوفی

جای دارد، از مرکز اسناد ملی ایران- معاونت اطلاع رسانی

این نهاد- بابت پشتیبانی¬های مهمی که برای تامین منابع این

کتاب بعمل آوردند سپاس ارزشمند خویش را اعلام داشته و از

SAE-ASTM – 2017      1-

(Re print 2020)  

______________________________________________________________

2-

2015          ASM - 

______________________________________________________________

ASM 2016 Volume. 4E    3-

____________________________________________________________________________________________________________

4-

__________________________________________________________________________________________________________

The Metals                                          John E. Bringas, P. Eng.  Edmonton, Alberta     5-

Red Book  Non Ferrous            CASTI Publishing Inc, - Canada  ISBN 0-9696428-1-4     

________________________________________________________________________

Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose

Volume 2 of the 10- Edition Metals Handbook.         ASM 2020      6-

______________________________________________________________________________

          حق چاپ و انتشار صرفا بوسیله هریک از ناشر و گردآورنده اثر خواهد بود

 عنوان ها                                                                                                                

دیباچه کتاب

 مقدمه ای بر تیتانیوم و آلیاژهای آن:

کلاس بندی و نامگذاری گروه های تیتانیوم- معرفی انواع فازهای تیتانیوم 

برخی خواص پایه و نیز عملیات حرارتی های تیپیک در تیتانیوم ها 

خلاصه نام های استاندارد و جدول راهنمای نحوه نامگذاری فلزات در 

 فصل یک- مشخصات کامل تیتانیوم با خلوص بالا؛ با نام رایج: آیوداید یا الکترولیتیک Ti

                                                    شماره یکپارچه آن ثبت نشده UNS Number:     15

 فصل دو – تیتانیوم خالص تجاری- و اصلاح شده.

تیتانیوم های غیرآلیاژی، گرید 1 ASTM،                                                           UNS R50250    31

تیتانیوم های غیرآلیاژی، گرید 2 ASTM،                                                             UNS R50400 34

تیتانیوم های غیرآلیاژی، گرید 3 ASTM،                                                          UNS R50550    38

تیتانیوم های غیرآلیاژی، گرید 4 ASTM،                                                          UNS R50700    40

تیتانیوم های اصلاح شده (Ti-0.2Pd)، گرید 7،                        UNS R52400                             ؛  

و تیتانیوم های اصلاح شده، گرید 11،                                                            UNS R52250     43

Ti-0.3Mo-0.8Ni __ گرید 12 ASTM،                                                      UNS R53400    46

 فصل سه – آلیاژهای تیتانیوم الفا، و نزدیک الفا  

 Ti-3Al-2.5V__ نام رایج: آلیاژ تیوب کاری، ASTM گرید 9،  UNS Number: R56320      50

Ti-5Al-2.5Sn __ نام رایج: Ti-5-21/2 and Ti-5-21/2 ELI، 

UNS Numbers: R54520/R54521                                                                                         55

__Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Moنام رایج: Ti-621/0.8 ،UNS Number: R56210                 61

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si_ نام رایج: Ti-6242S, Ti-6242Si،UNS Number: R54820        64

__ Ti-8Al-1Mo-1V نام رایج: Ti-811،                           UNS Number: R54810      67

 __ Ti-11  Ti-6Al-2Sn-1.5Zr-1Mo-0.35Bi-0.1Si ........................................................................................ 72

__ TIMETAL ® 1100  Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si__ Ti-1100؛

                            و نام رایج:Tom O`Connell, TIMET ؛   ثبت نشده UNS Number:      73

IMI 230__ Ti-2.5Cu; AECMA Ti-P11  .............................................................................................................. 75

IMI 417  ................................................................................................................................................................................. 77

IMI 679 __ Ti-11Sn-5Zr-2.25Al-1Mo-0.25Si  ........................................................................................... 78

IMI 685 __ Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si  ............................................................................................................ 81

IMI 829 __ Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.25Si،  نام رایج: Ti-5331S.................................................................... 83

IMI 834 __ Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si.......................................................................... 86

Ti-5Al-6Sn-2Zr-1Mo-0.25Si __ نام رایج: Ti-5621S؛    ثبت نشده: UNS Number      88

  فصل چهار- آلیاژهای تیتانیوم الفا- بتا  ( α-β ) و نزدیک – آلفا                 

Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr__ نام رایج: Ti-17،       UNS Number: R58650             92

Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo__  نام رایج:Ti-6246 ،UNS Number: R56260                    97

Ti-6Al-4V__ نام رایج: تیتانیوم  Ti64, 6Al-4V, 6-4:  

                                                 (گرید نرمال بینابین)UNS Number: R56400  ؛

                                        (گرید بینابین فوق العاده کم)UNS Number: R56401 ؛

                                                                (فیلرمتال)UNS Number: R56402       104

Ti-6Al-6V-2Sn__نام رایج: تیتانیوم Ti-662،                 UNS Number: R56620      113

Ti-7Al-4Mo__UNS Number: R56740                                                                                 122

TIMETAL® 62S__Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si ،   نام رایج: تیتانیوم 62S  

T.O'Connell__TIMET                                            ثبت نشدهUNS Number:       127

Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe__ نام رایج: تیتانیوم SP-700،     ثبت نشده UNS Number:      131

IMI 367__Ti-6Al-7Nb ............................................................................................................................................. 135

IMI 550__ Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si،  نام های تجاری: IMI 550  (درگذشته  (Hylite 50         136

IMI 551__ Ti-4Al-4Mo-4Sn-0.5Si.................................................................................................................. 139

Corona 5__Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr ،                                ثبت نشدهUNS Number:       141

Ti-6-22-22S__ Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.25Si،   ثبت نشدهUNS Number:       144

__Ti-4Al-3Mo-1V نام رایج: تیتانیوم Ti-431  ................................................................................................... 149

Ti-5Al-1.5Fe-1.4Cr-1.2Mo،  Ti-155A   ...................................................................................................... 151

Ti-5Al-2.5Fe__ نام تجاری: Tikrutan LT 35،                                   DIN 3.7110       152

Ti-5Al-2Sn-2Zr-2Mo-0.25Si__ نام رایج: تیتانیوم Ti-5522-S؛

 UNS Number: R54560                                                                                         155

Ti-6.4Al-1.2Fe__ نام: آلیاژ تیتانیم کم هزینه  RMI  ........................................................................................ 158

 Ti-2Fe-2Cr-2Mo.......................................................................................................................................................... 157

Ti-8Mn __نام رایج: تیتانیوم8Mn ؛  نام های تجاری-  نام های کمتر بازرگانی:

RMI 8Mn,  Rem-Cru C-110M,  MST 9M,  Republic RS-110A ؛

  UNS Number: R56080                                                                                                              160 

 فصل پنج - آلیاژهای تیتانیوم بتا –  بتا نزدیک  

Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn؛ نام رایج: Beta III؛UNS Number: R58030                      164 

Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (Beta C)؛ نام رایج: Beta Cᵀᴹ , 38-6-44؛  

UNS Number: R58640                                                                                                              182

Ti-10V-2Fe-3Al؛ نام رایج: Ti-10-2-3؛                        ثبت نشدهUNS Number:      193

Ti-13V-11Cr-3Al؛ نام رایج: Ti-13-11-3؛                    UNS Number: R58010     201

Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn؛ نام رایج: Ti-15-3؛                      ثبت نشده  UNS Number:    210

TIMETAL® 21S؛Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si ؛ نام رایج: Beta-21S؛    

 UNS Number: R58210                                                                                                               217

Ti-5Al-2Sn-4Zr-4Mo-2Cr-1Fe؛ Beta-CEZ® ............................................................................................ 224

Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al؛ نام رایج:  Ti-8823.......................................................................................................... 227

Ti-15Mo-5Zr  ............................................................................................................................................................... 232

Ti-15Mo-5Zr-3Al  ...................................................................................................................................................... 235

Ti-11.5V-2Al-2Sn-11Zr؛ نام رایج: Transage 129؛ نام های تجاری: Transage 129, T129 

                                                                             ثبت نشده  UNS Number:      240

Ti-12V-2.5Al-2Sn-6Zr؛  نام رایج: Transage 134؛ نام های تجاری: Transage 134, T134

                                                                           ثبت نشده UNS Number:        245

Ti-13V-2.7Al-7Sn-2Zr؛ نام رایج: Transage 175؛ نام های تجاری:  Transage 175 and T175

                                                                           ثبت نشده UNS Number:        249

Ti-8V-5Fe-1Al ؛                                                                ثبت نشده   UNS Number:      253

Ti-16V-2.5Al؛                                                                    ثبت نشده   UNS Number:       257

 فصل شش - مواد فلزات پیشرفته– الومینایدهای تیتانیوم 

آلومینایدهای تیتانیوم/ Titanium Aluminides............................................................................................ 262

Ti3Al (α2 or α-2)................................................................................................................................................................. 264

Ti-Al....................................................................................................................................................................................... 266

Ti2Ai-Nb (O Phase)...................................................................................................................................................... 267

آلیاژهای Ti3Al؛  نام رایج: آلیاژهای الومیناید الفا- 2  ............................................................................................ 267

آلیاژهای Ti2Nb-Al.......................................................................................................................................................................... 269

آلیاژهای گاما  (Ti-Al).....................................................................................................................................................273

آلیاژهای حافظه ای شکل Ti-Ni ............................................................................................................................... 276

 فصل هفت – پیوست های مهم کتاب

پیوست یک: استانداردهای جهانی، معادل های بین المللی، کاربردها، و انالیزهای شیمیایی فلز تیتانیوم    282

پیوست دو: استانداردUNS - سیستم نامگذاری واحدفلز، استانداردهای معادل امریکایی، کاربردها، وانالیزهای 

شیمیایی فلز تیتانیوم ..............................................................................................................................................299و 300

پیوست سه: ASTM E527- روش نامگذاری فلزات و آلیاژها درسیستم واحد ......................................... 307

پیوست چهار: نمادها وخلاصه نام ها درکتاب، و راهنمای مرجع سیستم واحد جهانی SI .........................313

     هدف این کتاب، ارایه دسته بندی و کلاس¬های گروه های تیتانیوم و آلیاژهای آن، همراه با مشخصات هریک از آنها، ودرنهایت، تا حد ممکن، در اختیار قراردادن منابع استاندارد و..، برای امکان جستجوی علمی و تکمیلی، برای یکایک این گروه فلزی مهم است. فلز راهبردی تیتانیوم، و آلیاژهای آن، به دسته های مختلفی تقسیم شده و در استانداردهای معتبرجهانی از تنوع مختلفی برخوردار است. نظر به اهمیت بسیار بالای این گروه فلزی، طبقه بندی گسترده آنها بسیار با اهمیت و استفاده از آنها، صرفا براساس منابع علمی امکان پذیر است. از این رو، این امر از وظایف پایه، در تدوین این کتاب قرارگرفته است.

 تیتانیوم، یا همان تایتانیم، یک عنصرشیمیایی با نمادTi ، عدد اتمی22 ، فلزی واسطه، براق و نقره‌ای رنگ است. تیتانیوم، با وزن کم خود، مقاومت بالای مختلفی برای عملکردهای خویش در محیط دارد. 

تیتانیوم، تقریباً، در حیات و در بدن همه موجودات زنده، بصورت مختلفی حضور دارد. این فلز را می‌توان با آهن، آلومینیم، وانادیم، مولیبدن و.. آلیاژی نمود تا متریالی سخت‌تر بدست آید که در ساخت سامانه‌های هوایی مانند موتورهای جت، موشک و فضاپیما، فرایندهای صنعتی (شیمیایی، شیمیایی- نفتی،کارخانه‌های نمک‌زدایی، کاغذ و.. )، خودروسازی، کشاورزی، بخصوص ساخت اندام های مصنوعی، کاشتهای درون استخوان، دندانسازی، کالاهای ورزشی، گوهرسازی، اجزا تلفن های همراه و.. بکارگرفته می¬شود. مهم‌ترین ویژگی‌های این فلز، عبارت از مقاومت به خوردگی و داشتن بهترین حالت چگال، در مقایسه با دیگر عناصر فلزی است. گفته می شود تیتانیوم، تا هنگامیکه با فلز دیگری آلیاژی نشده مقاومت و استحکامی  نزدیک با آهن دارد.

عمده‌ترین مصرف تیتانیوم، در صنایع، بصورت فلزی و دی‌اکسید تیتانیم است؛ و نیز، بصورت TiO2 کاربرد بسیار گسترده‌ای در دارد. استفاده مهم دی‌اکسید تیتانیوم، در صنایع رنگ‌سازی بعنوان رنگدانه بوده و همچنین در صنایع سرامیک، پلاستیک، کاغذ، و صنعت الکترونیک مورد کاربرد دارد. مصرف این ماده درکشورهای پیشرفته بیش از ده برابرکشورهای درحال توسعه است. 

تیتانیوم، یا تایتانیم، درمحیط‌ های سایش و خوردگی بسیار مقاوم است. فلز خالص، و یا کم آلیاژ آن، در کارخانه های سولفور زدایی مشتقات نفتی، در تجهیزات چاه‌های نفت و گاز مورد استفاده های مختلفی دارد. هم اکنون، در جهان، ورق‌های فولادی با روکش این فلز، بعلت خواص ضد فرسایشی آن، کاربرد وسیعی در صنعت نفت پیدا کرده ‌است. برخی دیگر از مصارف مهم این فلز را می‌توان بدین گونه اشاره داشت: در کاربید تیتانیم، نمک زدایی آب (تصفیه آب)، ساخت پمپ‌های مخصوص مکش آب از دریا، ساختمان سازی، صنایع اتومبیل سازی، ساخت انبارهای مخصوص نگهداری موادی نظیر ضایعات اتمی، در الیاف های تقویت‌کننده به جهت استفاده از آن در ترکیب های فلزی، برخی اجزا ربات‌های صنعتی و... 

در صنایع ¬جدید، گروه های آلیاژی این فلز، بصورت استاندارد شده، برای بدنه هواپیماهای جنگی، سفینه‌های فضایی، موشک‌ها، موتور هواپیماها، توربین‌های گازی و غیرو مورد استفاده قرار می‌گیرند. 

و در نهایت، شرایط پذیری، واکنش غیرسمی، قابلیت تطبیق این فلز، با بافت های بدن موجود زنده باعث شده‌ است تا گونه هایی از آن، در پزشکی و در بدن انسان مورد استفاده ای حیاتی و گسترده بیابد.

   ایمیل ارتباط با مولف: MATOOI@YAHOO.COM                               

     ف معطوفی

 مقدمه ای بر¬ تیتانیوم وآلیاژهای آن

کلاس¬بندی ها و تعاریف پایه در تیتانیوم وآلیاژهای آن

در آغاز، باید توجه نمود که، تیتانیوم و آلیاژهای آن، می باید برای اهداف مهم زیر عملیات حرارتی گردند:

کاهش تنش پسماند رشد یافته، در امتداد یک پروسه تولید مدون و استاندارد (تنش زدایی)؛

ایجاد یک ترکیب بهینه در داکتیلیتی، قابلیت ماشین کاری، پایداری ابعادی، و در ساختار این گروه فلزی؛

افزایش استحکام به روش های توصیه شده اسناد استاندارد؛

خواص ویژه ی بهیته؛ مثل استحکام ترک و تافنس، استحکام خستگی، و استحکام خزش در دمای بالا.

مصرف این فلز و آلیاژهای آن، ابتدا در ارتباط با ترکیب شیمیایی فلز، اثر عناصر آلیاژی، و در انتقال کریستال α-β است. در اینجا، همه سیکل های عملیات حرارتی قابل بکارگیری در کلیه گروه های این فلز نیستند. مثال ها درداخل کتاب آمده اند.

طبقه بندی و تیپ های آلیاژ- در ارتباط با فازهای فلز. با یک نگرش پایه، به تیپ و مقادیر عناصر آلیاژی آلیاژهای تیتانیوم، آنها شامل آلیاژهای α، نزدیک-α، α-β، و یا β هستند. این تیپ ها، در ذیل توضیحات اولیه ای یافته اند. 

آلیاژهای تجاری β بواقع آلیاژهای قابل متازتاز یا"فراپخشی" (Metestable) هستند. هنگامیکه، این آلیاژها، در معرض درجه حرارت های رشد یافته انتخابی قرار می گیرند، فاز آنها متلاشی یا متغییر شده و استحکام دهی نیز بر آنها رخ می دهد.

آلیاژهای "الفا-بتا"دو فاز هستند؛ و بهمان صورت، در نامهای پیشنهادی، شامل فازهای α و β در درجه حرارت های اتاق می شوند. آنها، بهمین صورت، در هرسه تیپ از آلیاژهای تیتانیوم، پر رایج و متنوع خواهند شد.

در دو جدول آمده دراین بخش، برخی مشخصات و خصوصیات عملیات حرارتی پایه آلیاژهای تیتانیوم معرفی شده اند.

یک معرفی پایه برای تیتانیوم خالص تجاری:

* متریال دارای خلوص 99.0 – 99.5% است.

* عنصر اصلی در تیتانیوم غیرآلیاژی آهن، و عناصر بین نشین مثل کربن، اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن هستند.

* مقدار اکسیژن در ساختار، گرید (Grade) و استحکام این فلز را مشخص خواهد نمود.

* حضورکربن، نیتروژن و هیدروژن بعنوان ناخالصی محسوب می گردد. بویژه هیدروژن که منجر به تردی آلیاژ می¬شود.

میزان اکسیژن معادل، در این گروه از آلیاژهای تیتانیوم از طریق رابطه زیر است:

%O equiv = %O + 2.0%N + 0.67%C